三维激光扫描技术在水利水电测绘中的实际运用

■张巍 林浩

（中水东北勘测设计研究有限责任公司 吉林长春 131100）

三维激光扫描技术在水利水电测绘中的实际运用

■张巍 林浩

（中水东北勘测设计研究有限责任公司 吉林长春 131100）

三维激光扫描技术具有高效率、高精度的独特优势，其在水利水电测绘中具有重要作用。三维激光扫描技术是以现代高精度传感技术的帮助下，利用全自动高精度立体扫描技术，实现整体三维结构和空间三维特征进行三维建模。采用三维激光扫描技术能够进行精确勘测，从而保证水利水电工程建设在选址和前期测绘的顺利开展，也为水利水电工程的建设打下坚实的基础。三维激光扫描技术在水利水电测绘中的应用，主要通过扫描物体表面的三维点云数据，将数据与近景进行对比，从而保证施工建设相关数据的获取。[关键词]三维激光扫描技术地形测量高精度分辨

0 前言

三维激光扫描技术是一种全自动高精度立体扫描技术，自动化程度极高，这对于完成水利水电测绘具有重要意义。三维激光扫描技术目前在水利水电工程当中的应用主要针对于斜坡稳定性的研究、高陡边坡地质调查、水利枢纽的地形地貌三维数据采集，以及CAD设计和动作制作等方面。三维激光扫描技术具有采样速度快、精度和分辨率高的优点。因此，为了让三维激光扫描技术更好的服务于我国水利水电工程建设当中，如何将三维激光扫描技术更好的应用于水利水电测绘中，解决目前三维激光扫描技术较为落后的现况，已经成为人们普遍关注的问题。

1 三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术（3D Laser Scanning Technology）是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，其主要针对方面是对测绘工程当中三维建模与重构。三维激光扫描技术能够进行高效的采集三维点，在复杂的地形当中进行实地扫描，将其中大型的以及不规模的实景以三维数据进行整合，构造出人们可以参考的三维点云模型。

三维激光扫描技术的应用得益于三维激光扫描系统，它是由激光发射器、接收器、激光自适应聚焦控制单元、光路调节装置、光机自动传感装置以及后续处理用的计算机等构成。三维激光扫描系统通过获取测试目标的三维坐标信息，从测距、角位移、扫描和定向四个方面来完成最终的三维激光扫描工作。

2 三维激光扫描技术发展概况及主要特点

三维激光扫描系统的出现来源于20世纪90年代美国俄亥俄州立大学制图中心开发的GPS Van，GPS Van是一个可以自动采集数字影像的陆地测量系统。之后由加拿大卡尔加里大学和GEOFIT公司为高速公路测量而开发了VISTA系统。随着科学技术的发展，日本东京大学1999年进行了固定激光扫描系统的开发，取得了良好效果。

三维激光扫描技术具有测量距离远、采样点速率高、点定位精度高、无接触测量、扫描目标可直接获取三维点云数据、兼容性好等特点。这对于三维激光扫描技术在测绘当中的应用具有广泛性，同时其高性能和高效率的优点也让三维激光扫描技术很快应用于水利水电工程或其他勘测工程当中，得到了广泛应用和迅猛发展。

3 三维激光扫描技术在水利水电测绘中的实际运用

3.1 三维激光扫描技术工作原理

三维激光扫描技术在水利水电测绘当中，为了获取被测目标的三维坐标信息，将分为测距、角位移、扫描和定向四个步骤进行工作，之后进行相应的数据整理，完成最终的测绘工作。

3.2 三维激光扫描技术在测距时，主要采用三角法、脉冲法和相位法三种方法

测距时会根据实际情况进行相应的方法选择，三角测距法是借助三角形的几何关系，一般适用于测量近距离。脉冲测距法通过对发射和接收激光脉冲信号时间来测量距离，其测量距离较远。相位测量法则是通过测量调制光信号，并不适用于水利水电工程测绘。一般来说，水利水电测绘主要采用脉冲法。三维激光扫描技术的测角方法主要采用角位移测量法和线位移测量法。角位移测量法适用于扫描仪的运行时由步进电机驱动的，根据距角和步数获取角位移。线位移测量法主要适用于扫描系统由激光发射器、直角棱镜和CCD元件组成，根据激光束形成线性扫描区域，获取角度值。

三维激光扫描技术通过系统反馈的相关数据，形成三维模型，从而对施工区域进行技术分析和判断，最终确定相应的技术施工手段。

3.3 温泉水电站测绘实例

温泉水电站处于峡谷段，地形较为复杂，现拟在水电站建筑百米高坝，对此，首先要对温泉水电站进行实际测绘。被测区属于高山峡谷地带，地形陡峭，采用三维激光扫描技术时，需要选取合适角度，并按照一定比例进行整体模块建设控制。

对温泉水电站进行测距时，主要采取脉冲法，将三维激光扫描技术处于一定距离，范围控制在可测范围内。之后选取一定角度，采用线性位移法进行角度测量，获取地形、地貌、影像模型，从而通过反馈数据进行建模工作。

4 三维激光扫描技术在水利水电测绘中发展趋势

三维激光扫描技术是测绘科学的领先产品，随着它投入使用当中，已经发挥出了强大的动力和推动力。三维激光扫描技术具有高自动化、高效率、高精度测量的特点，日后在水利水电测绘中将得到巨大的发展。三维激光扫描技术在水利水电测绘中，未来的发展趋势将有以下几个方面：

第一，三维激光扫描技术将加大科学技术投入，增强产品的科技性，日后的三维激光扫描技术将具备更加强大的功能。

第二，点云数据处理软件的供用化和多功能化，实现数据共享及数据处理，更好的服务于水利水电工程建设。

第三，进一步扩大扫描范围，满足日后水利水电工程的复杂化和现代化特征。

第四，与其他测绘设备联合测量，保证测绘的准确和精度，推动水利水电工程测绘工作的发展和进步。

5 结束语

三维激光扫描技术能够对地形数据采集以及高精度的测绘，将三维激光扫描技术应用于水利水电测绘当中，是完全可行的，这对于水利水电工程的发展将具有重要意义。通过三维激光扫描技术建立空间三维模型，分析地貌地形特征，以及进行施工准备设计，将起到极大作用。所以针对于三维激光扫描技术的发展，要不断加大科技投入，拥有自主科技产权，促进三维激光扫描技术不断进步。

[1]张启福，孙现中，三维激光扫描测量方法与前景展望 [J].北京测绘，2011,11 (02):121-123.

[2]刘洪启，刘永强，三维激光扫描技术在水利水电测绘中的应用 [J].中国科技成果，2009,11(03):152-153.

P2[文献码]B

1000-405X（2015）-11-146-1

张巍（1983～），男，本科，中级职称，研究方向为工程测量。